雷达信号脉冲个数检测深度学习代码 脉冲雷达测距精度公式

《雷达信号处理与matlab仿真》

• 写在前面的话
• 第一章 雷达系统与信号处理概述

• 1.1 雷达基本功能
• 1.2脉冲体制雷达的基本组成

• 1.2.1 组成框图
• 1.2.2波形发生器
• 1.2.3天线
• 1.2.4接收机

• 2.雷达方程

写在前面的话

学习就是一场未知的探索，历史的沉淀使得知识更加趋于完善，知识的价值是在于使用它的人，而知识就像一座由前人一点一滴堆积起来的大山，它就在那里，你勇于向上攀登，那么你就会站在知识的大山上看得更远，视角就会改变，而人生不就是一个视角不断扩展的过程，而在这个过程中的你我，有幸目睹就已经足够，如果能够为这座山增添一块石头、一把沙土，那无疑是一件快乐的事情。

第一章 雷达系统与信号处理概述

1.1 雷达基本功能

雷达，无线电监测与测距，主要用途就是检测、跟踪与成像。

• 测距原理：$R=\frac {ct_0}{2}$
  其中c为光速，上述公式的实际模型是当雷达发射的脉冲信号传播至距离R时，雷达信号（脉冲或者其他）经过时间t雷达接收到距离R出反射的雷达信号，雷达电磁波传播的距离是2R则，所以需要乘以二分之一因子。
• 雷达的优点：采用微波波段电磁波的极低衰减特性使得雷达可以很好的“看穿”云雾，优于光学观察，另外通过电磁波的穿透性等优点，可以达到透视、超视距观察等特点。
• 雷达系统的基本指标：

• 检测概率$P_D$（D指的是Detecte检测的意思）
• 虚警概率$P_{FA}$（FA指的是False Alarm）
  二者之间的关系，在其他参数不变的基础上一般情况是，增大$P_D$总是以同时增大$P_{FA}$为代价的。

PS : 初次接触肯定一头雾水。

• 跟踪功能基本指标：距离、角度、速度估计的精度
• 成像中的指标：空间分辨率和动态范围
  信号处理的目的就是提高这些指标，如通过脉冲积累提高雷达的SIR，通过脉冲压缩和其他波形设计技术（如频率捷变技术）改善雷达的分辨率和SIR。插值技术、加窗技术改善旁瓣特性。

1.2脉冲体制雷达的基本组成

1.2.1 组成框图

1.2.2波形发生器

发射机和波形发生器能够确定雷达的灵敏度和距离分辨率。

雷达	工作频率	波长
激光雷达	1012hz~1015Hz	0.3~30uM
大部分雷达系统	20Mhz~95GHz	0.67~3.16mm

对较远距离探测，使用低频雷达，可以获得较低的大气衰减和较大功率。近距离用高频雷达，可以得到较窄的波束宽度和较大的大气衰减和较低的可用功率。

1.2.3天线

天线确定雷达的灵敏度和角度分辨率，常见的雷达天线有抛物面反射天线、扫描馈源天线、透镜天线和相控阵天线。
天线的主要特性是增益、波束宽度和旁瓣电平。

• 3dB波束宽度：天线的角度分辨率有天线的主瓣宽度定义，通常采用3dB波束宽度。
  $3dB波束宽度=\theta_3=2arcsin(\frac {1.4\lambda}{\pi D_y})\approx0.89\frac {\lambda}{D_y}\quad rad$
  其中$D_y$为天线孔径，$\lambda$为波长
• 天线功率增益G：在输入功率相同的条件下，天线辐射的峰值强度与一个无损耗的各向同性天线的辐射强度的比值。

• 天线的方向图和损耗
  $G\approx\frac {26000}{\theta_3\phi_3}(\theta_3,\phi_3的单位为度)\\\ \\ =\frac {7.9}{\theta_3\phi_3}(\theta_3,\phi_3的单位为rad)$
• 有效孔径$A_e$:假设功率密度为 W w/m²的电磁波照射传统到天线负载的功率为P。
  $A=\frac PW \qquad m^2$
• 对于大多数天线，效率近似接近1，次数有效孔径和增益的关系，可以表示为：
  $G=\frac {4\pi}{\lambda^2}A_e$

1.2.4接收机

由于雷达信号通常是窄带的、带通的、相位或频率调制的函数，则单个散射体的回波波形$r(t)$可以建立下面的模型：
$r(t)=A(t)sin[\Omega t+\theta(t)]$
上式中幅度调制$A(t)$仅仅表示脉冲包络。接收机的主要功能是将雷达信号中的承载信息的部分变换到基带，目的是测量$\theta (t)$

2.雷达方程

$P_{D_r}=\frac {P_tG^2\lambda^2\sigma}{(4\pi)^3R^4}$

$R_{max}=({\frac {P_tG^2\lambda^2\sigma}{(4\pi)^3P_{S_{min}}}})^{1/4}$

$S_{min}为雷达接收机器能够检测的最小功率$

由上式变形可以看出：

• 雷达的探测距离$R$与雷达自身可检测的最小功率有关
• 雷达检测距离加倍，必须将峰值功率$P_t$增加16倍，或者将有效孔径等效地增加4倍

%此代码为教科书上的代码片段
close all;
clear all;
pt=1.5e+6;%雷达发射的峰值功率
freq=5.6e+9;%雷达中心频率
g=45.0;%天线增益
sigma=0.1;%目标截面积
te=290.0;%有效噪声温度
b=5.0e+6;%
nf=6.0;
loss=6.0;
range=linspace(25e3,165e3,1000);
snr1=radar_eq(pt,freq,g,sigma,te,b,nf,loss,range);
snr2=radar_eq(pt,freq,g,sigma/10,te,b,nf,loss,range);
snr3=radar_eq(pt,freq,g,sigma*10,te,b,nf,loss,range);
figure(1)
rangekm=range./1000;
plot(rangekm,snr3,'k',rangekm,snr1,'k:.',rangekm,snr2,'k:')
grid
legend('\sigma=0 dBsm','\sigma = -10 dBsm','\sigma= -20 dBsm')
xlabel('Detection range -Km')
ylabel('SNR - dB')

snr1=radar_eq(pt,freq,g,sigma,te,b,nf,loss,range);
snr2=radar_eq(pt*.4,freq,g,sigma,te,b,nf,loss,range);
snr3=radar_eq(pt*1.8,freq,g,sigma,te,b,nf,loss,range);
figure(2)
plot(rangekm,snr3,'k',rangekm,snr1,'k:.',rangekm,snr2,'k:')
grid
legend('Pt=2.16 MW','Pt=1.5 MW','Pt=0.6 MW')
xlabel('Detection range -Km')
ylabel('SNR - dB')